i

PRARANCANGAN PABRIK LINEAR LOW DENSITY

POLYETHYLENE (LLDPE) DENGAN PROSES

POLIMERISASI GAS KAPASITAS 200.000 TON/TAHUN

SKRIPSI

Diajukan Dalam Rangka Penyelesaian Studi Strata Satu (S-1)

Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Kimia

Oleh

Waliyuddin Sammadikun

NIM. 5213415035

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2019

ii

iii

iv

v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO

“Hidup ini seperti sepeda, agat seimbang kamu harus terus bergerak”

(Albert Einstein)

PERSEMBAHAN

Karya ini kami persembahkan untuk :

1. Allah SWT.

2. Orang tua

3. Keluarga

4. Dosen Pembimbing Kami, Radenrara Dewi Artanti Putri, S.T., M.T.

5. Sahabat-sahabat

6. Teman seperjuangan Teknik Kimia 2015

vi

RINGKASAN

Waliyuddin Sammadikun, 2019. Prarancang Pabrik Linier Low Density

Polyethylene (LLDPE) dengan proses polimerisasi fase gas kapasitas 200000

ton/tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.

Pabrik Linier Low Density Polyethylene (LLDPE) dengan menggunakan

proses polimerisasi fase gas ini dirancang dengan kapasitas sebesar 200000 ton/tahun.

Bahan baku yang dibutuhkan adalah etilen sebesar 182421 Ton/tahun, butene sebesar

18239 Ton/tahun, katalis Ziegler natta sebesar 10,100 ton/tahun, dan kokatalis TEAL

sebesar 304,017 ton/tahun.. Pada prarancangan ini, pabeik direcanakan akan didirikan

di kawasan PT. Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC). Pabrik ini direncanakan

akan beroparasi 24 jam selama 330 hari per tahun. Peralatan proses yang digunakan

adalah tangki penyimpanan bahan baku etilen, 1-butena, ziegler-natta, dan kokatalis,

reaktor, pompa, kompresor, heat exchanger yakni heater, cooler, mixer, degasser,

extruder, pelletizer, dan silo untuk penyimpanan produk.

Keyword : Polimer, LLDPE, Fase Gas

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya,

penulis akhirnya dapat menyelesaikan Skripsi dengan judul “Prancanagan Pabrik

Linier Low Density Polyehtylene (LLDPE) dengan Proses Polimerisasi Fase Gas

Kapasitas 200.000 Ton/Tahun”. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk

menyelesaikan pendidikan Program Strata I (S1) Teknik Kimia Universitas Negeri

Semarang. Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Nur Qudus, M.T., IPM. Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri

Semarang

2. Ibu Dr. Wara Dyah Pita Rengga, S. T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia

Universitas Negeri Semarang.

3. Ibu Rr. Artanti P, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing 1 yang selalu memberi

bimbingan, motivasi dan arahan yang membangun dalam penyusunan Skripsi.

4. Ibu Dr. Ratna Dewi K, S.T., M.T., M.Sc., selaku dosen penguji yang telah

memberikan masukan pengarahan dalam penyempurnaan penyusunan Skripsi

5. Ibu Irene Nindita Pradnya S.T., M.Sc selaku dosen penguji yang telah memberikan

masukan pengarahan dalam penyempurnaan penyusunan Skripsi.

6. Kedua Orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi, dan semangat yang

senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.

7. Teman-teman Teknik Kimia Angkatan 2015 serta semua pihak yang telah

memberikan semangat sehingga kami dapat menyelesaikan Skripsi.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari

kesempurnaan, maka dari itu penulis mengharapkan saran untuk

menyempurnakannya. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan

pembaca yang membutuhkan informasi mengenai masalah yang dibahas dalam

skripsi ini, khususnya terkait bidang Teknik Kimia.

Semarang, Juli 2019

Penulis

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ........................................................ ii

LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI .................................................................. iii

LEMBAR KEASLIAN KARYA ............................................................................ iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ......................................................................... v

RINGKASAN ......................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ............................................................................................ vii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi

BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik ............................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 5

1.3 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 5

1.4 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 6

2.1 LLDPE ....................................................................................................... 6

2.2 Perbandingan Proses LLDPE ..................................................................... 6

2.3 Uraian Proses ............................................................................................. 12

2.4 Dasar Reaksi................................................................................................ 15

2.5 Tinjauan Termodinamika ........................................................................... 16

2.6 Tinjauan Kinetika ....................................................................................... 17

BAB 3 METODE PENELITIAN ........................................................................... 19

3.1 Rancangan Penelitian ............................................................................... 19

3.2 Perhitungan Reaktan ................................................................................. 20

3.3 Desain Alat Proses .................................................................................... 20

ix

BAB 4 HASIL PENELITIAN ............................................................................... 21

4.1 Menghitung Kebutuhan Reaktan .............................................................. 21

4.2 Diagram Alir Proses Produksi LLDPE ..................................................... 24

4.3 Desain Alat Proses .................................................................................... 25

BAB 5 PENUTUP ................................................................................................. 38

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 38

5.2 Saran .......................................................................................................... 38

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 39

LAMPIRAN ........................................................................................................... 41

x

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Jenis-Jenis Polietilena ...................................................................... 2

Tabel 1.2 Daftar Perusahaan Pengguna LLDPE di Indonesia ......................... 4

Tabel 1.3 Statistik Ketenagakerjaan Kota Cilegon .......................................... 5

Tabel 1.4 Statistik Geografi dan Iklim Kota Cilegon ...................................... 7

Tabel 1.7 Data Ketersediaan Bahan Baku ...................................................... 11

Tabel 2.1 Analisis Perbandingan Proses .......................................................... 18

Tabel 2.2 Kelebihan dan Kekurangan Proses Pembuatan LLDPE ................ 19

Tabel 2.3 Kondisi Operasi Polimerisasi LLDPE ............................................. 23

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Distribusi Pemakaian Listrik PLN Kota Cilegon Tahun 2016 .... 6

Gambar 1.2. Lokasi pendirian pabrik ............................................................... 8

Gambar 1.3. Grafik Impor LLDPE .................................................................. 9

Gambar 1.4. Polimerisasi Larutan DuPont ...................................................... 13

Gambar 1.5. Skema Proses Produksi LLDPE Chevron ................................... 15

Gambar 1.6. Polimerisasi Fase Gas dengan 3 Bagian ...................................... 16

Gambar 1.7. Polimerisasi Fase Gas dengan Stirrer .......................................... 17

Gambar 1.8. Polimerisasi Fase Gas UNIPOL .................................................. 17

Gambar 1.9. Mekanisme Polimerisasi dengan Katalis ZieglerNatta ............... 22

Gambar 1.10. Struktur Etilen ........................................................................... 23

Gambar 2.1. Diagram Alir Neraca Massa ........................................................ 30

Gambar 4.1. Gambar 4.1. Diagram Alir Proses Produksi LLDPE...................60

1

BAB I

PENDAHULUAN

Polimer adalah salah satu produk kimia yang diproduksi sekitar 80% di seluruh

dunia (Singh, 2012). Bahan baku polimer dapat diolah lebih lanjut menjadi produk

plastik. Plastik memiliki sifat yang ringan, kuat dan mudah dibentuk. Plastik

diaplikasikan pada berbagai jenis produk untuk menambah nilai gunanya seperti

industri pengemasan, transportasi, dan elektronik.

Pasar terbesar plastik ada di bidang pengemasan yang banyak digunakan untuk

mengemas bahan pangan dan non pangan (Geyer et al., 2017). Di bidang pangan,

kemasan plastik melindungi produk dari kontaminasi lingkungan luar dan

mikroorganisme sehingga mengurangi jumlah bahan pengawet agar pangan tersebut

tetap segar. Di bidang non pangan, plastik melindungi barang dari potensi kerusakan

akibat bersentuhan dengan barang lain.

Salah satu produk polimer sintesis yang besar penggunannya adalah polietilena.

Berdasarkan laporan dari Zion Market Research, pasar polietilena secara global

memiliki valuasi sebesar 163 miliar USD pada tahun 2017 dan diperkirakan akan

meningkat 4% pada tahun 2024 menjadi 215 miliar USD. Total permintaan global

polietilena tahun 2018 diperkirakan mencapai 99.6 juta ton dengan kenaikan rata-rata

4% (www.pgjonline.com, 2014). Polietilena semakin tinggi permintaanya karena

kemudahan proses, biaya permbuatan murah, dan dapat didaur ulang. Pengaplikasian

polietilena sangat luas mulai dari bidang pengemasan, otomotif hingga elektronik.

2

Proses polietilena menjadi produk jadi ada tiga yakni injection molding, rotational

molding, compression molding, casting dan ekstruder (Khanam dan AlMaadeed,

2015). Pemanfaatan polietilena bergantung pada jenis polietilena.

Terdapat berbagai jenis polietilena, tiga besar diantaranya adalah High Density

Polyethylene (HDPE), Low Density Polyethylene (LDPE), dan Linier Low Density

Polyethylene (LLDPE). Tiap-tiap jenis polietilena memiliki sifat dan aplikasinya

seperti yang disajikan pada Tabel 1.1.

Tabel 1. 1. Jenis-Jenis Polietilena

Jenis PE Densitas Aplikasi

HDPE 0.94-0.97 Botol deterjen, botol susu,

drum, pipa, kontainer

bahan kimia

LDPE 0.91-0.94 Lapisan pengemas, isolasi

bahan pelapis, trash bag,

pembungkus makanan

LLDPE 0.9-0.94 Tutup kemasan,

pembungkus kabel, film,

tong sampah, karung

(Peacock, 2000)

Pendirian pabrik linier low density polyethylene (LLDPE) di Indonesia akan

memiliki dampak positif diantaranya adalah:

3

1. Memenuhi kebutuhan polimer di Indonesia sehingga tidak bergantung kepada

impor dari negara lain

2. Membuka lapangan kerja di era bonus demografi yang akan dihadapi oleh

Indonesia

Dengan berkurangnya impor, cadangan devisa negara akan kuat di tengah nilai

tukar rupiah yang masih lemah.

Penentuan kapasitas produksi suatu industri dapat dilakukan dengan

memperhatikan segi teknis, keuangan, ekonomis dan kapasitas minimal. Dari segi

teknis, industri polimer khususnya LLDPE direncanakan dengan memperhatikan

peluang pasar, segi ketersediaan, dan keberlangsungan bahan baku. Selain itu, untuk

penentuan kapasitas rancangan pabrik yang akan didirikan harus berada di atas

kapasitas minimum atau sama dengan kapasitas pabrik yang sudah berjalan.

Adapun faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam penentuan kapasitas

pabrik polimer LLDPE yaitu:

1. Perkiraan Kebutuhan Polimer LLDPE di Indonesia

Dari segi ekonomis pendirian industri polimer LLDPE harus memperhatikan

probabilitas selain modal yang harus disediakan. Berdasarkan Tabel 1.2 kebutuhan

polimer LLDPE di Indonesia cenderung semakin meningkat yang ditunjukkan nilai

impor semakin tinggi. Perkembangan impor polimer LLDPE di Indonesia selama

periode 2013 – 2017 adalah sebagai berikut:

4

Gambar 1. 1. Grafik Impor LLDPE

Dari grafik diperoleh persamaan regresi sebagai berikut:

Y = 48820x – 1E+08 .......................................................................................... (1)

Keterangan :

Y = kebutuhan (ton)

X = tahun

Hasil regresi linier menunjukkan bahwa data impor LLDPE Indonesia tidak dapat

digunakan sebagai acuan kapasitas. Model regresi linier tidak optimal untuk

digunakan pada data tersebut. Penentuan kapasitas berdasarkan impor dapat

dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut:

Peluang kapasitas = (𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖−𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑟𝑒𝑛𝑑𝑎ℎ)

√2 + Nilai terendah

................. (2)

= (259277,9 𝑡𝑜𝑛 −16295,81 𝑡𝑜𝑛)

√2 + 16295,81 ton

= 188074,7 ton

y = 48820x - 1E+08R² = 0,5315

-50000

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

kap

asit

as (

ton

)

tahun

5

Berdasarkan Tabel 1.1 kebutuhan polimer LLDPE dari tahun 2013-2017 mengalami

kenaikan tiap tahunnya. Kenaikan impor tersebut disebabkan oleh tingginya

permintaan dari industri pengemasan, transportasi, dan elektronik. LLDPE akan terus

meningkat penjualannya karena keserbagunaanya, kemudahan proses, biaya murah

dan dapat didaur ulang. Berdasarkan hasil perhitungan diatas, maka peluang

kapasitas produksi LLDPE adalah 200.000 ton/tahun. Kapasitas produksi ini akan

mengurangi impor LLDPE dan berpotensi untuk ekspor ke luar negeri.

1.2. Rumusan Masalah

1. Berapa kebutuhan reaktan yang diperlukan untuk memproduksi LLDPE

dengan kapasitas 200.000 ton/tahun.

2. Bagaimana bentuk diagram alir proses produksi LLDPE.

3. Bagaimana desain tiap alat proses produksi LLDPE

1.3. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui kebutuhan reaktan untuk memproduksi LLDPE dengan kapasitas

200.000 ton/tahun

2. Mengetahui bentuk diagram alir LLDPE

3. Mengetahui desain tiap alat proses

1.4. Manfaat Penelitian

1. Menjadi referensi perancangan alat proses pabrik LLDPE

2. Menjadi acuan pendirian pabrik LLDPE

3. Menjadi peluang pendirian pabrik baru di Indonesia

6

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. LLDPE

LLDPE merupakan jenis polietilena yang sering digunakan sebagai bahan baku

berbagai macam kantong plastik, mulai dari plastik untuk produk makanan sampai

plastik tebal untuk beban berat. Polietilena merupakan salah satu polimer dengan

struktur molekul paling sederhana, bersifat termoplastik dari polimerisasi etilen.

2.2. Perbandingan Proses LLDPE

Linier low density polyethylene di dapat dari proses polimerisasi etilen yang

dapat diproduksi melalui tiga proses utama yang biasa digunakan untuk mengubah

etilen menjadi linier low density polyethylene, yaitu proses solution polymerization,

suspension, dan fase gas. Perbandingan masing-masing proses tersebut adalah:

a. Solution Polimerization

Proses Solution pertama kali diinisiasi oleh perusahaan DuPont Canada pada

tahun 1960. Katalis yang digunakan adalah Ziegler-Natta dengan logam titanium dan

vanadium yang harus stabil pada suhu tinggi. Polimerisasi terjadi di atas titik leleh

LLDPE (122oC) yaitu pada suhu 160-220 oC. Sedangkan tekanan adalah 500-5000

psig. Pada keadaan ini polimer larut dalam solven hidrokarbon seperti siklohexane

yang inert (Malpas, 2010). Reaktor yang digunakan berjenis Continuous Stirred

Tank dengan residence time sekitar 2-6 menit (Nowlin, 2014).

6

7

Gambar 2.1. Proses Polimerisasi Larutan Du-Pont Canada (Meyers, 2004)

Proses solution digunakan untuk meningkatkan kualitas LLDPE melalui

penambahan comonomer berat seperti hexena atau oktena. Comonomer tersebut

kompatibel dengan pelarut hidrokarbon (C6-C9) (www.ec.europe.eu, 2006). Apabila

comonomer atau pelarutnya memiliki titik didih rendah akan meningkatkan tekanan

operasi pada reaktor sehingga dibutuhkan lebih banyak energi untuk menghindari

terjadinya pemisahan fasa dalam reaktor. Selain itu dibutuhkan sistem kondensasi dan

recovery yang kompleks (www.wiki.zero-emissions, 2013).

b. Suspension

Polimersisasi suspensi melibatkan proses dispersi monomer secara mekanis

dalam suatu diluent. Hasil polimerisasi yakni polietilen yang tidak larut di dalam

8

reaktor. Diluent yang biasanya digunakan adalah propana, isobutana dan hexana

karena bersifat inert terhadap katalis (Malpas, 2010). Proses ini dijalankan di reaktor

jenis continuous stirred tank reactor. Monomer terdispersi dalam suspensi setelah

proses agitasi yang berkelanjutan dan penambahan zat penstabil seperti polivinil

alkohol dan metil selulosa (Kent, 2012). Polimer yang dihasilkan berupa butiran

dengan cara difiltrasi atau dengan menyemprotkan ke dalam suatu wadah yang

dipanaskan. Pada proses ini transfer panas sangat efisien sehingga reaksinya lebih

mudah dikontrol.

Perusahaan yang menggunakan teknologi polimerisasi suspension adalah

Chevron Philips. Skema proses pembuatan LLDPE ditunjukkan pada gambar 1.6.

Gambar 2.2. Skema Proses Produksi LLDPE Chevron Philips.

(Malpas, 2010).

9

c. Fase gas

Proses polimerisasi fase gas pertama kali dilakukan oleh Dye (1962).

Reaktornya terdiri dari tiga bagian concentric superimposed vertical. Partikel

polimer keluar melalui sebuah ekstruder yang terhubung dengan bagian bawah

reaktor.

Gambar 2.3. Polimerisasi Fase Gas dengan 3 bagian Concentric Superimposed

Vertical (Dye, 1962)

Polimerisasi dijalankan pada suhu 100oC dan tekanan 30 atm dengan bantuan

katalis kromium oksida. Teknologi ini kemudian digunakan oleh perusahaan

Conoco Philip. Penemuan selanjutnya dilakukan oleh Schmid et al. (1967) yang

menambahkan alat di dalam reaktor sebuah pengaduk. Pada konfigurasi ini, partikel

10

polimer dipindahkan searah dengan putaran pengaduk. Penghilangan panas reaksi

sebagian melalui dinding reaktor dan sisanya terbawa oleh aliran gas. Pada proses

ini polimerisasi dijalankan pada suhu 95oC dan tekanan 36 atm dan rasio antara

diameter tabung dengan tingginya sebesar 1:5. Katalis yang digunakan pada proses

ini adalah kromium oksida yang disupport oleh alumnium silikat.Teknologi ini

dipakai oleh perusahaan BASF. Hal yang membedakan dari proses lainnya adalah

polimerisasi fase gas tidak menggunakan bahan berupa liquid. Polimerisasi terjadi

di antarmuka katalis dan monomer penyusun polimer. Polimerisasi fase gas disebut

juga dengan dry polimerization (Dormenval et al., 1975).

Tabel 2.1. Analisis Perbandingan Proses

Keterangan Solution

Polimerization

Suspension Fase Gas

Temperatur 160-220 oC 80-110 oC 80-110 oC

Tekanan 500-5000 Psig 200-500 Psig 200-500 Psig

Residence time 2-6 Menit 1 Jam 2-6 Jam

Jenis Reaktor Continuos Srirred

tank

Continuous Stirred

Tank Reactor atau

Tubular Reactor

Concentric

Superimposed

Vertical Reactor

Fluidized bed

11

reactor

Solven Hidrokarbon Propana, Isobutana,

hexana

-

Katalis Ziegler-Natta Chromium Ziegler-Natta

Tabel 2.2. Kelebihan dan Kekurangan Proses Pembuatan LLDPE

Proses Kelebihan Kekurangan

Solution

Polimerization

Residence time singkat hanya

dalam hitungan menit

Penambahan jenis komonomer

lebih luas

Apabila comonomer atau

pelarutnya memiliki titik didih

rendah akan meningkatkan

tekanan operasi pada reaktor

sehingga dibutuhkan lebih

banyak energi. Selain itu

dibutuhkan sistem kondensasi

dan recovery yang kompleks.

Suspension Transfer panas sangat efisien

sehingga reaksinya lebih

mudah dikontrol.

Pemisahan solven dari polimer

sulit dilakukan

Sistem kondensasi dan

12

Penambahan jenis komonomer

lebih luas

recovery yang kompleks

Fase gas Proses yang sederhana dan

mudah dengan

memanfaattkan prinsip

fluidisasi

Tidak menggunakan solven

sehingga tidak diperlukan

pemisahan produk

Dapat menimbulkan erosi dan

abrasi pada reaktor karena

gerakan partikel di dalamnya

Membutuhkan lebih banyak

daya untuk menghasilkan

fluidisasi

Berdasarkan uraian diatas maka dipilih proses gas. Dimana memiliki proses

yang sederhana serta optimasi produk lebih oprimal dengan adanya kontak antar

komponen yang lebih seragam dan transfer massa yang tinggi.

2.3. Uraian Proses

2.4.1. Proses Produksi Polietilena

Proses produksi polietilen menurut PT. Lotte Chemical Titan Nusantara. Tahapan

proses produksi polietilena terdiri dari Catalyst Injection Unit, Polimerisation Unit,

Deggasing Unit, Pelletizing Unit, dan Product Storage and Bagging Unit. Berikut ini

merupakan penjelasan tentang tahapan proses:

1. Catalyst Injection Unit

13

Katalis disimpan dalam tote bin sebelum dipindahkan dosing valve.

Dosing valve berfungsi untuk menakar jumlah katalis yang akan diinjeksikan

terukur. Powder katalis memasukki dosing valve, dimana pada dosing valve ini

terhubung dengan high pressure nitrogen drum yang siap menginjeksikan katalis

langsung ke reaktor polimerisasi.

2. Polymerisation Unit (PU)

Etilen, hidrogen, nitrogen dan 1-butena masuk ke dalam reaktor fluidisasi

melalui bagian bawah, yang sebelumnya melewati final cooler dengan tujuan

mengkondisikan umpan agar sesuai dengan kondisi operasi di dalam reaktor.

Sedangkan katalis di injeksikan dengan bantuan N2 high pressure dengan

tekanan 30 barg. Katalis yang digunakan adalah Ziegler Natta dengan

menggunakan kokatalis trietilaluminium (TEA). Kokatalis TEA ini berfungsi

sebagai penghilang impurities pada katalis sehingga dapat menjaga keaktifan

katalis, namun kelebihan Aliran cycle gas akan membentuk fluidisasi dengan

bantuan compressor dengan tekanan 22 bar. Gelembung gas yang terbentuk

akan naik keatas dengan ukuran yang makin besar dan akan membawa partikel –

partikel padat. Pada proses ini akan terjadi penghomogenisasian bed. Partikel-

partikel besar akan jatuh turun kebawah sehingga diharapkan terjadi reaksi

polimerisasi menghasilkan resin polietilena. Gas hidrokarbon yang keluar dari

atas reactor masuk kedalam Gas cyclone. Sedangkan, gas bersuhu 86 oC akan

dikontakkan dengan 1-butena cair dengan tujuan untuk merubah fasa 1-butena

menjadi gas. Gas yang telah bercampur dengan 1-butena ini kemudian masuk ke

14

Primary Cooler untuk didinginkan suhunya dari 86 oC ke 54 oC. Primary Cooler

ini merupakan heat exchanger berjenis shell and tube dengan bagian tube berisi

gas dan bagian shellnya berisi air pendingin. Jika fines tidak dipisahkan dari gas

di Gas cyclone tadi, maka dikhawatirkan akan membentuk kerak pada tube.

Setelah gas keluar dari Primary Cooler, gas kembali dicampurkan dengan

bahan baku sesuai dengan kebutuhan dan masuk kedalam Main kompresor.

Kompresor ini berfungsi untuk menaikkan tekanan gas sampai 2 bar diatas

tekanan reaktor. Main Compressor ini juga berfungsi menyediakan flowrate gas

(LLDPE) dan tekanan sebesar 24 bar. Aliran keluaran dari Main Compressor ini

dapat masuk ke reaktor karena tekanan sedikit lebih tinggi.

Dalam final cooler ini, laju alir air dingin yang divariasikan untuk

memberikan suhu gas yang dibutuhkan dalam reaksi polimerisasi. Setelah suhu,

tekanan dan laju alir gas memenuhi kondisi operasi, maka gas akan kembali

masuk ke reaktor polimerisasi.

3. Degassing Unit

Powder polimer keluar dari reaktor polimerisasi bersamaan dengan gas

hidrokarbon dan dikeluarkan menuju unit Primary Degasser. Pada Primary

Degasser ini, gas hidrokarbon dipisahkan dari powder. Gas sisa ini akan dibuang

ke udara. Powder yang telah dihilangkan hidrokarbonnya kemudian ditransfer ke

Mixer. Pada unit ini dialirkan steam dan nitrogen sebagai udara pembawa yang

berfungsi untuk deaktivasi katalis.

4. Pelletizing

15

Powder dari Degassing Unit sebagian akan dimasukkan menuju ke

Ekstruder. Pada Ekstruder ini akan terjadi proses homogenisasi dan

pembentukkan adonan selama bergerak sepanjang ekstruder. Semua umpan yang

telah masuk ke ekstruder dilelehkan hingga suhu 220oC. Suhu pemotongan ini

berada pada 60 oC. Fungsi air pendingin ini adalah sebagai pembeku lelehan

pelet yang telah dipotong-potong.

5. Product Storage And Bagging Unit (PBU)

Product Storage and Bagging Unit ini merupakan unit yang bertujuan

sebagai tempat penyimpanan produk pelet polietilen yang telah terbentuk yang

kemudian akan dilanjutkan dengan proses pengepakan.

2.4. Dasar Reaksi

16

Gambar 2.2. Mekanisme Polimerisasi dengan Katalis Ziegler-Natta (Meyers, 2004)

2.6. Tinjauan Termodinamika

Termodinamika merupakan salah satu aspek penting berkatitan dengan energi.

Secara umum reaksi dibagi menjadi reversibel dan irreversibel serta eksotermis dan

endotermis. Penentuan suatu reaksi reversibel atau irreversibel dapat dilihat dari

konstanta kesetimbangan reaksi. Apabila konstanta kesetimbangan lebih dari 1, maka

reaksi tersebut irreversibel dan sebaliknya. Reaksi dikatakan eksotermis apabila saat

proses pembentukan produk menghasilkan panas yang ditandai oleh nilai negatif

entalpi reaksi. Reaksi dikatakan endotermis apabila menyerap sejumlah panas.

Reaksi polimerisasi etilena memiliki nilai entalpi dan entropi sebesar -109

kJ/mol dan -155 J/mol.K (Stevens, 1989). Dari nilai entalpi yang negatif

menunjukkan bahwa proses tersebut berjalan secara eksotermis. Proses polimerisasi

ini termasuk proses irreversible karena memiliki nilai konstanta kesetimbangan lebih

dari 1.

17

Nilai energi Gibbs polimerisasi etilena adalah sebagai berikut

∆𝐺𝑝 = ∆𝐻𝑝 − 𝑇∆𝑆............................................................................................... (4)

∆𝐺𝑝 = −109.000 − 259 𝑥(−155)

∆𝐺𝑝 = −53.355𝑘𝐽

𝑚𝑜𝑙

Untuk mencari konstanta kesetimbangan digunakan persamaan sebagai berikut

∆𝐺 = −𝑅𝑇𝑙𝑛𝐾 ..................................................................................................... (5)

−53.355 = −8.314 𝑥 359 𝑥 𝑙𝑛 𝐾

𝐾 = 7,5 𝑥 1017

Keterangan

ΔG : Energi Gibbs (kJ/mol)

ΔH : Entalpi (kJ.mol)

ΔS : Entropi (J/mol.K)

T : Suhu (K)

R : Tetapan Gas ( 8.314 J/mol.K)

K : Konstanta Kesetimbangan

2.6. Tinjauan Kinetika

Reaksi polimerisasi LLDPE termasuk adisi koordinasi. Mekanisme tersebut

membutuhkan suatu katalis logam transisi dan kokatalis untuk aktivasi. Katalis yang

digunakan adalah Ziegler-Natta dan kokatalisnya adalah TEAL yang mengandung

alkilalumunium. Sisi aktif katalis yakni atom logam (Mt) dikelilingi oleh suatu ligan

(X) yang membentuk ikatan kovalen koordinasi (Mt-X). Polimerisasi LLDPE

18

berjalan dengan ikatan kovalen dengan logam aktif katalis. Kecepatan reaksi dari

katalis pada mulanya adalah nol. Aktivitas katalis akan muncul ketika kokatalis

mencapai logam aktif.

Kecepatan polimerisasi alkena dengan katalis Ziegler-Natta sebanding

dengan konsentrasi katalis (MtXn) dan monomer namun tidak bergantung kepada

konsentrasi kokatalis (TEAL). Persamaan kinetika polimerisasinya adalah sebagai

berikut.

𝑅𝑝 = 𝑘𝑝[𝑀𝑡𝑋𝑛]1[𝑀]1[𝐴]0.................................................................................... (6)

39

BAB 5

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

1. Prarancang pabrik LLDPE dengan kapasitas 200000 ton/tahun polimerisasi

fase gas pada suhu 86oC. Bahan baku yang dibutuhkan etilen sebesar 182421

ton/tahun, 1-butene sebesar 18239 ton/tahun, sedangkan katalis Ziegler-natta

sebesar 10,100 ton/tahun, dan kokatalis TEAL sebesar 304,01712 ton/tahun.

2. Diagram alir proses pabrik LLDPE dimulai dari tangki penyimpanan bahan

yakni etilen, 1-butena, katalis, kokatalis dan suplai gas hidrogen dan nitrogen.

Kemudian masuk ke unit penukar panas untuk mengubah suhu reaktan

sebelum masuk reaktor. Setelah proses polimerisasi, powder LLDPE dibawa

ke degasser, mixer, ekstruder dan terakhir disimpan di silo.

3. Desain alat proses produksi LLDPE terdiri atas tangki etilen, tangki 1-butena,

tangki katalis, tangki kokatalis, heater, cooler, kompresor, pompa, reaktor,

cyclone, degasser, mixer, ekstruder, dan silo. Masing-masing alat didesain

untuk memenuhi kapasitas produksi LLDPE 200.000 ton/tahun.

5.2. Saran

1. Diperlukan optimasi alat lebih lanjut agar dimensi alat proses bisa

diminimalisir

2. Penambahan integrasi panas bisa ditambahkan untuk mengurangi beban panas

alat proses

39

40

DAFTAR PUSTAKA

American boiler manufactures association.

https://www.capsulefilms.be/5861/standar-operasional-steam.html.

Melalui, [21/11/18]

Aries, R.S. and Newton, R.D. 1955. Chemical Engineering Cost Estimation.

McGraw Hill International Book Company. New York

Brownell, Lloyd E, Young, Edwin H. 1959. Process Equipment Design: Process

Vessel Design. John Wiley & Sons, Inc. New York

Brown, George G. 1950. Unit Operation. CBS Publisher. New Delhi.

Brydson J.A.1999. Plastic Materials. Oxford : Butterworth-Heineman

Coulson, J.M. and Richardson, J.F. 2002. Chemical Engineering, Vol.

2nd.Butterworth Heinemann : Boston

Coulson, J.M. and Richardson, J.F. 2005 Chemical Engineering, Vol. 6th. Allyn

and Bacon Inc. Massachusetts

Geankoplis, Christine J. 1993. Transport Processes and Unit Operations, 3rd ed.

Prentice-Hall International, Inc. USA.

Hesse, Herman C, 1959, Process Equipment Design, 7th Edition, D van

Nostrand, Co, New York.

Hicplates. 2018. “SA537 Class 2 Carbon Steel. http://www.hicplates.com/sa537-

class-2-carbon-steel-plates-supplier-stockist.html. Melalui [02/1/19]

Hougen, Olaf A. , at al. 1961. Chemical Process Principle Part 1 Material and Energy

Balance. Charles E. Tuttle Company : Tokyo.

Kern, Donald Q. 1983. Process Heat Transfer. The McGraw-Hill Companies, Inc.

Tokyo.

Kunii, D. & Octave, L. 1990. Fluidization Engineering. USA : Red Publishing.

Mc Cabe, et al. 1993. Unit Operations of Chemical Engineering Fifth Edition.Mc.

Graw Hill Inc. : Singapore.

McKetta, J.J. 1976. Encyclopedia of Chemical Processing and Design Volume 3.

Marcel Dokker, Inc. New York.

McKetta, John J. 1993. Chemical Processing Handbook. Marcell Dekker, Inc. New

York.

Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 416/MENKES/PER/II/1990. Syarat-syarat dan

pengawasan kualitas air.

Perry, R.H and Green, D.W. 1999. Perry’s Chemical Engineer’s HandBook, 7th

edition. Mc Graw-Hill Book Co. New York.

Peters, Max. S, Timmerhaus, Klaus D. 1991. Plant Design and Economics for

Chemical Engineers, 4th ed. The McGraw-Hill Companies, Inc. Singapore.

Rase, H.F., and Holmes, J. R., 1977, Chemical Reactor Design for Process Plant,

Volume One : Principles and Techniques, John Wiley and Sons, Inc., New

York

Severn, W.H., H.E. Degler, and J.C. Miles, 1959, Steam, Air, and Gas Power, 5th

edition, Modern Asia Edition, John Wiley and Sons Inc., New York

41

Smith, J.M, Van Ness, H.C, Abbott, M.M. 2001. Introduction to Chemical

Engineering Thermodynamics, 6th ed. The McGraw-Hill Companies, Inc.

New York.

Sinnot, R.K. 2005. Coulson and Richardson's: Chemical Engineering Design, Vol 6

4th ed. Elsevier Ltd. Oxford.

Ullmann, 2003. Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, vol.25,

Wiley-VCH.

Ulrich, G.D., 1978, A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economic,

John Wiley and Sons Co, New York.

Vilbrandt, F.C. and Dryden, C.E., 1959, Chemical Engineering Plant Design, 4th

edition, McGraw Hill International Book Company, Kogakusha Ltd, Tokyo

Villaluenga J.P.G., & Seoane B. 2001. Experimental Estimation of Gas-Transport

Properties

of Linear Low Density Polyethylene Membranes by an Integral Permeation

Method. J. Applied Polymer Science. 3013-3021.

Vlachopoulos J. 2011. Computational Analysis and Design of Single Screw Extruder

Having

Screws of Complex Geometry with Mixing Elements. McMaster University

Wallas, Stanley M. 1990. Chemical Process Equipment: Selection and Design.

Butterworth-Heinemann. Washington.

White, Frank M. 2009. Fluid Mechanics, 4th ed. The McGraw-Hill Companies, Inc.

New York.

Yaws, C. L. 1999. Chemical Properties Handbook: Physical, Thermodynamic,

Environmental, Transport, Safety, and Health Related Properties for

Organic and Inorganic Chemicals. The McGraw-Hill Companies, Inc. New

York.